某地铁1,2号线通风空调系统的分析比较

摘要：地铁通风空调系统是地铁工程的重要组成部分，为了给乘客及运营管理人员提供良好的的乘车和运营管理环境，就需要我们对车站及区间隧道内的温度、湿度、二氧化碳浓度等指标进行有效的控制，满足乘客和运营管理人员心理和生理上对空气品质的要求。

关键词：隧道通风;通风空调;分析比较

中图分类号：U45文献标识码： A

Analysis and comparison of a Metro Line No. 1,2 air conditioning system

Zhou Liang kuiXu Wei

(Beijing Urban Engineering Design & Research Institute, Beijing 100037）

Abstract:Subway ventilation and air conditioning system is an important part of subway engineering, in order to give passengers and operating management personnel to provide a good ride and operation management of the environment, we need to stations and tunnels in the temperature, humidity, carbon dioxide concentration were effectively controlled, to meet the passengers and operators in psychology and physiology of air quality requirements.

Key words: Tunnel ventilation; ventilation and air conditioning; comparative analysis

一、隧道通风系统设计

2座车站均为标准地下站，区间隧道通风系统都采用双活塞方案。二者的区别主要在于区间隧道风机（以下简称ＴＶＦ风机）与车站隧道排热风机（以下简称Ｕ／Ｏ风机）的配置。

ＴＶＦ风机为可逆转轴流风机，具有3种功能：一是当列车夜间停运后进行通风换气，降低隧道内的温度；二是当列车阻塞在区间时进行通风，保证列车周围和顶部的温度不超过设计限值；三是当区间发生火灾事故时进行排烟和送风。Ｕ／Ｏ风机的作用是排除列车进站、停站、出站时产生的热量，以减小列车发热量对车站及区间的影响。同时还兼具排烟功能，在站台层发生火灾时辅助排烟。Ａ站采用ＴＶＦ风机与Ｕ／Ｏ风机合用的配置模式，即ＴＶＦ风机兼作Ｕ／Ｏ风机使用。车站两端活塞风道内各设置２台ＴＶＦ风机（单台风量６０ｍ３／ｓ，全压９００Ｐａ），负责夜间列车停运时组织通风冷却隧道，列车在区间隧道内阻塞时排出列车产生的热量，列车在隧道内发生火灾时排出烟气。ＴＶＦ风机布置既可满足２台风机独立运行，又可以相互备用或同时向同一侧隧道送风或排风。其中１台ＴＶＦ风机兼作Ｕ／Ｏ风机，负责排出列车在车站停车时产生的热量（排 风 量 为４０ ｍ３／ｓ）。ＴＶＦ风机配置变频器，通过变频调速来适应车站隧道排热的风量和风压要求。

Ｂ站采用ＴＶＦ风机与Ｕ／Ｏ风机分设的配置模式。车站两端活塞风道内各设置２台ＴＶＦ风机（单台风量６６ｍ３／ｓ，风压９００Ｐａ），两端排热风道内各设置１台Ｕ／Ｏ风机（风量４５ｍ３／ｓ），分别负担车站一半范围内隧道的轨顶和轨底的排热。Ｕ／Ｏ风机变频运行，根据初、近、远期不同时段列车运行对数的变化，变频控制Ｕ／Ｏ风机的排风量，以节约能源。

二、隧道通风系统分析比较

2.1、Ａ站采用的合用方案的优缺点

（1）采用ＴＶＦ风机兼作Ｕ／Ｏ风机，车站两端各减少了１台Ｕ／Ｏ风机，设备数量和占用的空间减少，降低土建规模，节约投资。

（2）车站每端设置的２台ＴＶＦ风机均可作为Ｕ／Ｏ风机运行，具有备用功能，系统可靠性高。

（3）ＴＶＦ风机在用作Ｕ／Ｏ风机运行时效率偏低。ＴＶＦ风机为可反转使用的大型轴流风机，其叶片是对称的，效率约为７３％，当变频用作Ｕ／Ｏ风机时，其工作点偏离设计工作点，效率会降低到７０％左右。而单独设置的Ｕ／Ｏ风机，其叶片是不对称的，效率约为８３％，因此，ＴＶＦ风机在用作Ｕ／Ｏ风机时，其运行费用要比单独设置的Ｕ／Ｏ风机高。

(4)系统响应时间和控制的复杂程度增加。ＴＶＦ风机用作Ｕ／Ｏ风机工作，当区间出现阻塞或火灾时，风机要转换为区间通风运行工况，需要切换风机转向、转速和相关系统风阀，系统的转换和响应时间增加，控制的复杂程度增加。

2.2、Ｂ站采用的分设方案的优缺点

(1)当车站站台发生火灾时，可以同时启动ＴＶＦ风机和Ｕ／Ｏ风机辅助排烟，增加站台排烟量，提高排烟效果，有利于站台上乘客的安全疏散，也更容易保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于１．５ｍ／ｓ的向下气流。

(2)系统响应时间短，可靠性高。

(3)ＴＶＦ风机与Ｕ／Ｏ风机均在各自的高效区运行，运行费用低。

(4)车站每端仅有１台Ｕ／Ｏ风机，无备用功能，车站隧道排热系统的可靠性不高。

(5)设备初投资稍高，占用的空间大，土建费用高。

三、车站公共区通风空调系统设计

2座车站的公共区均采用一次回风的全空气系统。Ａ站公共区通风空调系统采用双风机系统，车站两端空调机房内各设置１台组合式空调机组和１台回／排风机，分别承担站厅层和站台层公共区一半的空调负荷。系统设计最小新风量为１６０００ｍ３／ｈ。

Ｂ站公共区通风空调系统采用三风机系统，即在Ａ站通风空调系统的基础上，每端增设１台小新风机，小新风机在最小新风空调工况下使用。系统设计最小新风量为１５０００ｍ３／ｈ，每台小新风机风量为８０００ｍ３／ｈ，功率为1.１ｋＷ。

为了节约能源，２座车站公共区通风空调系统的组合式空调机组内的送风机和回／排风机均采用了变频调速技术，根据车站负荷变化调节系统风量。此外，系统还采用变工况运行，具有以下３种运行模式：

(1)小新风空调工况：当外界空气焓值大于车站空调系统回风空气焓值时，采用小新风空调运行；

(2)全新风空调工况：当外界空气焓值小于或等于车站空调系统回风空气焓值时，且外界空气温度大于或等于空调送风温度时，采用全新风空调运行；当采用全新风工况运行时，新风阀开至最大，关闭回风阀，打开排风阀，系统按全新风空调工况运行。

(3)通风工况：当外界空气温度小于空调送风温度时，采用通风模式。此时，停止冷水机组运行；进入通风运行模式。

四、车站设备管理用房空调系统设计

4.1变电所空调系统设计

Ａ，Ｂ车站均设降压变电所，两者的规模及电气设备配置基本相同，室内余热Ｑ约为６４ｋＷ，其中变电所室内余热Ｑ１约为６１ｋＷ，控制室室内余热Ｑ２约为３ｋＷ。除了极少量通过底板和侧墙渗透形成的湿负荷外，无其他散湿源，湿负荷很小。变电所通风空调系统独立设置，均为全空气系统。

Ａ站变电所采用直流式（全新风）空调系统，不使用回风，设置新风机组和排风机。采用机器露点送风。

Ｂ站采用一次回风的低速全空气系统，由于采用露点送风，故室内状态点和送风状态点与无回风工况的参数相同，送风量亦相等。

4.2变电所空调系统分析比较

根据前面的计算结果可以看出，虽然Ａ，Ｂ车站的降压变电所规模及电气设备配置基本相同，但采用直流式空调系统的Ａ站，空调机组需要的冷量比采用有回风的空调系统的Ｂ站多７７ｋＷ。其原因是虽然回风的温度高于夏季空调室外计算干球温度，但因其相对湿度较低，回风比焓低于室外空气比焓，若不采用回风就会浪费这部分能量。笔者认为，为了节约能源，除了室外空气比焓常年低于室内空气比焓的地区外，其他地区的地铁车站变电所应采用有回风的全空气空调系统。考虑到该系统全年运行及室外气象参数的变化，系统应采用比焓与温度控制，当室外空气比焓小于等于回风比焓时，采用全新风空调模式；当室外空气比焓大于回风比焓时，采用最小新风空调模式；当室外空气干球温度低于空气处理机组送风温度时，采用通风模式。

4.3、设备管理用房空调系统设计

五、冷源配置

２座车站均设置独立的空调冷源及水系统，冷源采用水冷螺杆式冷水机组，冷水泵、冷却水泵、冷却塔与冷水机组一对一配置，Ａ站公共区与设备管理用房合用冷源，由２台相同型号的冷水机组提供，单台冷水机组的制冷量为５３４ｋＷ。

Ｂ站公共区与设备管理用房分设冷源，冷水机组按“两大一小”配置，其中２台制冷量较大的相同型号的冷水机组（单台制冷量为４６２ｋＷ）负责车站公共区的冷负荷，１台制冷量较小的冷水机组（制冷量为２９９ｋＷ）负责设备管理用房冷负荷。考虑到缩短小机组在白天的运行时间，大机组的容量适当放大。当列车运营时，开启大机组，夜间列车停运时，由小机组为设备管理用房供冷。这样的冷源配置主要是考虑当设备管理用房的夜间负荷较小时，配置１台小机组可以解决因夜间负荷低而无法开启冷水机组的问题。Ｂ站单位冷负荷的供电容量比Ａ站高１４％。水冷螺杆式冷水机组具备良好的部分负荷特性，从市场上主流产品的情况来看，多数厂家的产品负荷调节范围为１５％～１００％。本文所述的２座车站中设备管理用房负荷占总负荷比例较低的Ｂ站来说，若选用２台相同容量的冷水机组，设备管理用房负荷约为单台冷水机组制冷量的５０％，夜间即使考虑部分房间停用，其最小负荷一般也不会低于单台冷水机组制冷量的３０％。因此，选用２台相同容量的冷水机组，完全可以满足夜间低负荷的运行要求，不存在因负荷太低而无法开机的问题。

六、备用空调系统设计

A站未设置备用多联空调系统，B站属后建设车站，结合A站的运行经验，对B站，在信号设备室，通信设备室，车站控制室，信号电源室，通信电源室，屏蔽门控制室，变电所控制室，PIS设备室中设置备用多联空调系统一套，满足列车停运后或冷水系统故障后上述房间正常运行的需求。备用变频多联空调系统主要分为过渡季节模式和紧急备用模式，具体要求如下：

过渡季模式―当过渡季节时，开启变频多联空调机组，保证上述设备房的正常运行，其余设备房间仍通过通风措施排除房间余热。

紧急备用模式――空调季节，当车站空调系统发生故障，不能保证上述设备用房正常工作需求时，启动变频多联空调系统，维持设备用房正常工作需求。

冬季，设备用房通过通风措施排除房间余热；空调季节，设备用房通过车站空调系统排除房间余热。以上两种工况下，变频多联空调系统原则上不开启。

变频多联空空调系统开启时，控制器温度设定应不大于26℃。建议运营公司结合自身实际情况，将以上要求制度化，明确变频多联空调系统的使用原则。

由于仅在三类设备用房采用变频多联空调系统，无法保证其他设备用房排除余热要求，因此空调季节夜间仍需开启车站冷冻机组，保证设备用房正常工作需求。

参考文献

[1] 北京城建设计研究总院 地铁设计规范 中国计划出版社，2003。